DE10041692A1 - Längen- oder Winkelmeßgerät - Google Patents
Längen- oder WinkelmeßgerätInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Längen- oder Winkelmeßgerät, bei dem zur möglichst feinfühligen Justierung des Winkels zwischen einer Maßverkörperung (2) und einer Abtastplatte (9) eine mittels einer Differentialschraube (16) und eines Biegegelenks (5) verschwenkbare Halterung (6) zum Einsatz kommt. Durch die Kombination von Differentialschraube (16) mit Biegegelenk (5) ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Vibrationsfestigkeit der Anordnung und der Zahl der benötigten Bauteile.
Description
Die Erfindung betrifft ein Längen- oder Winkelmeßgerät gemäß dem Ober
begriff des Anspruches 1. Derartige Meßgeräte werden vor allem zur Be
stimmung der relativen Verschiebung oder absoluten Position von bewegli
chen Maschinenteilen, z. B. bei Werkzeug- oder Meßmaschinen, eingesetzt.
In Längen- und Winkelmeßgeräten der genannten Art wird eine Maßverkör
perung z. B. in Form eines optischen Gitters von einem Sensor abgetastet,
der hinter einer Abtastplatte in Form eines weiteren Gitters angebracht ist.
Eine genaue Justierung des Winkels zwischen den beiden Gittern ist dabei
notwendig, um den bei zueinander verkippten Gittern entstehenden Moiré-
Effekt zu vermeiden, indem die beiden Gitter parallel gestellt werden, bzw.
um einen Moiré-Effekt absichtlich zu erzeugen, indem ein bestimmter Winkel
genau eingestellt wird. Sind auf der Maßverkörperung mehrere Spuren auf
gebracht, wirken sich zu große Winkelfehler so aus, daß der Bezug der Spu
ren untereinander verloren geht. Eine Referenzmarke kann dann unter Um
ständen nicht mehr der richtigen Periode einer Inkrementalteilung zugeord
net werden.
Zur Einstellung des Moiré-Winkels zwischen der Maßverkörperung eines
Maßstabes und der Abtastplatte einer Abtasteinheit wird gemäß der
DE 28 44 066 ein Hebelarm vorgeschlagen, der auf der einen Seite über ein
Biegegelenk am beweglichen oder festen Maschinenteil befestigt ist, auf der
anderen Seite eine Verstellschraube aufweist, die sich an diesem Maschi
nenteil abstützt, und der den Abtastkopf mit Abtastplatte trägt. Eine Verstel
lung der Schraube bewirkt so eine Verschwenkung des Hebelarmes mit Ab
tasteinheit und damit eine Verstellung des Moiré-Winkels.
Nachteilig an dieser Anordnung ist, daß sie keine feinfühlige Justierung des
Moiré-Winkels erlaubt. Bei einer typischen Hebelarmlänge von 50 mm und
einer Verstellschraube mit einer Gewindesteigung von 0,8 mm ergibt sich
eine Winkeländerung von l6 mrad für eine Umdrehung der Schraube. Au
ßerdem ist in dieser Anordnung der Hebelarm nur in einer Richtung gegen
Vibrationen geschützt. Die Abtasteinheit muß daher durch eine zusätzliche
Klemmschraube gesichert werden.
Bekannt ist es, als Feineinstellgetriebe ein Zweifachschraubengetriebe mit
einer Differentialschraube zu verwenden, wie es etwa bei S. Hildebrand:
Feinmechanische Bauelemente, Hanser Verlag, München Wien 1978,
3. Auflage, S534-S536 beschrieben ist. Ein Zweifachschraubengetriebe er
laubt eine feinfühlige Justierung in linearer Richtung, da die Abstandsände
rung zweier mit der Differentialschraube verbundener Objekte bei einer
Schraubenumdrehung gerade der Differenz der beiden Gewindesteigungen
der Differentialschraube entspricht.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Längen- oder Winkelmeßgerät an
zugeben, das eine feinfühlige Justierung des Moiré-Winkels erlaubt, eine
vibrationsarme Befestigung der Abtasteinheit gestattet und dabei mit weni
gen Bauteilen auskommt.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des An
spruches 1. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Maß
nahmen, die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt sind.
So wird nun die Verstellung eines Hebels, der über ein Biegegelenk am
festen oder beweglichen Maschinenteil befestigt ist, dadurch ermöglicht, daß
statt einer gewöhnlichen, an diesem Maschinenteil aufliegenden Schraube
eine Differentialschraube vorgesehen ist, die mit ihrem ersten Gewinde mit
dem Hebel verschraubt ist und mit ihrem zweiten Gewinde mit diesem Ma
schinenteil verschraubt ist. Dreht man nun die Schraube um eine Umdre
hung, ändert sich der Abstand des Hebelendes zu diesem Maschinenteil
gerade um die Differenz der Gewindesteigungen, wenn der Richtungssinn
der Gewinde gleich ist. Der Hebel ändert dadurch seine Neigung, da er eine
Drehbewegung um das Biegegelenk ausführt. Im oben erwähnten Beispiel
ergibt sich mit Gewindesteigungen von 0,7 mm und 0,8 mm eine Abstands
änderung von 0,1 mm für eine Umdrehung der Differentialschraube, und da
mit eine Winkeländerung von ca. 2 mrad. Die Justierung kann also deutlich
feinfühliger erfolgen als zuvor. Da die doppelte Verschraubung nun vor Vib
rationen in zwei Richtungen schützt, kann eine zusätzliche Klemmung des
Hebels entfallen. Zusätzlich ist die Differentialschraube durch die axialen
Kräfte, die bei der Verformung des Biegegelenkes entstehen, vorgespannt.
Durch die gegenseitige Verkippung der beiden Bohrlöcher der Differential
schraube wird diese außerdem geklemmt; sie ist damit also selbstsichernd
verschraubt.
Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung der Fig. 1, in der eine erfindungsge
mäße Ausführung einer Vorrichtung zur Justage eines Abtastkopfes gezeigt
ist.
In Fig. 1 erkennt man einen Maßstab 1 mit einer Maßverkörperung 2 in
Form einer Inkrementalteilung. Der Maßstab 1 sei im Beispiel fest mit der
(nicht gezeichneten) Maschine verbunden. Eine Justiervorrichtung 3 ist mit
einem (ebenfalls nicht gezeichneten) längs der Meßrichtung X beweglichen
Teil der Maschine verbunden.
Die Justiervorrichtung 3 ist aus einem Stück gefertigt und besteht aus ei
nem Sockel 4, an dem von einem Biegegelenk 5 ein Hebel in Form einer
Halterung 6 schwenkbar gehalten wird. Dabei erlaubt das als Steg zwischen
Sockel 4 und Halterung 6 ausgebildete Biegegelenk 5 eine Verdrehung der
Halterung 6 um eine Achse senkrecht zur Ebene der Maßverkörperung 2.
Die Halterung 6 weist eine Öffnung 7 zur Aufnahme der Abtasteinheit 8 auf.
Die Abtasteinheit 8 enthält eine Abtastplatte 9, deren Ausrichtung bezüglich
der Maßverkörperung 2 eingestellt werden muß, um z. B. Moiré-Effekte zu
vermeiden bzw. solche Effekte im gewünschten Maß zu erzielen. Ein nicht
gezeichneter Sensor sitzt hinter der Abtastplatte 9, oder der Sensor selbst ist
so strukturiert, daß er die Funktion der Abtastplatte 9 erfüllt.
Die Halterung 6 weist an der dem Biegegelenk 5 gegenüberliegenden Seite
eine Bohrung 10 mit Innengewinde 11 auf. Weiter erkennt man am Sockel 4
einen Arm 12, der eine Bohrung 13 mit Innengewinde 14 trägt, so daß Boh
rung 10 und Bohrung 13 auf einer gemeinsamen Achse liegen. Zwischen
der Halterung 6 und dem Sockel 4 bleibt ein Spalt 15, der der Halterung 6
eine Verkippung um das Biegegelenk 5 erlaubt. Bohrung 10 weist nun einen
Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser der Bohrung 13. Dies
erlaubt bei der Montage der Differentialschraube 16 ein einfaches Durch
stecken und Verschrauben. Es sind aber auch Lösungen mit gleichen
Durchmessern denkbar.
Die Steigung von Innengewinde 11 ist größer als die Steigung von Innen
gewinde 14. Eine Differentialschraube 16 weist in einer Hälfte ein Gewinde
11.1 mit einer Gewindesteigung und einem Durchmesser passend zu Innen
gewinde 11 auf, in der anderen Hälfte ein Gewinde 14.1 mit einer Gewinde
steigung und einem Durchmesser passend zu Innengewinde 14.
Die Differentialschraube 16 wird noch vor der Montage der Abtasteinheit 8
mit Sockel 4 und Halterung 6 verschraubt, um das Biegegelenk 5 vorzu
spannen. Durch die unterschiedlichen Steigungen der Innengewinde 11 und
14 wird dabei der Spalt 15 vergrößert oder verkleinert, je nach Richtungssinn
der Innengewinde 11 und 14 und Drehrichtung der Differentialschraube 16.
In diesem Zustand kann dann die Abtasteinheit 8 an die Halterung 6 mon
tiert und nach einer groben Justierung an den Bohrungen 17 und 18 ver
schraubt werden. Durch Drehung der Differentialschraube 16 kann nun der
Winkel zwischen der Abtastplatte 9 und der Maßverkörperung 2 durch Ver
drehung der Halterung 6 um das Biegegelenk 5 verstellt werden.
Die Breite des Spaltes 15 ändert sich zwischen den Bohrungen 10 und 13
bei einer Umdrehung der Differentialschraube 16 gerade um die Differenz
der Steigungen der Innengewinde 11 und 14, die Justierung kann also be
sonders feinfühlig erfolgen.
Da sich durch die beidseitige Verschraubung mittels der Differentialschraube
16 die Halterung 6 in Richtung der Bohrungen 10 und 13 nicht mehr bewe
gen kann, treten keine Vibrationen in dieser Richtung mehr auf. Das Biege
gelenk 5 ist blockiert, eine zusätzlich Klemmschraube ist nicht mehr nötig.
Ordnet man außerdem, wie gezeigt, das Biegegelenk 5 so an, daß es mit
dem gemeinsamen Schwerpunkt SP von Abtasteinheit 8 und Halterung 6
auf einer Achse parallel zur Meßrichtung X liegt, tritt bei Beschleunigung der
Justiervorrichtung 3 in Meßrichtung X kein Drehmoment bezüglich der oben
definierten Drehachse des Biegegelenkes 5 auf. Dies trägt weiter zur Stabi
lität der Anordnung bei.
Eine weitere Versteifung der Justiervorrichtung ergibt sich, wenn die Arme
12 und 19 des Sockels 4 durch Rippen 20 und 21 verstärkt werden, die in
Meßrichtung X und senkrecht zum Maßstab 1 verlaufen.
In Abwandlung der Erfindung kann auch vorgesehen werden, die erfin
dungsgemäße Justiervorrichtung in die Abtasteinheit zu integrieren und so
nur die Abtastplatte selbst oder einen als Abtastplatte wirkenden Sensor zu
justieren.
Das beschriebene Prinzip zur Justierung von Abtasteinheiten läßt sich vor
teilhaft nicht nur in auf optischer Abtastung beruhenden Längen- und Win
kelmeßgeräten verwenden. Der Einsatz ist auch in anderen Systemen
denkbar, die z. B. auf magnetischen Maßverkörperungen beruhen und über
magnetoresistive Sensoren oder Hall-Sensoren abgetastet werden; ebenso
sind kapazitive oder induktive Sensoren mit entsprechenden Maßverkörpe
rungen denkbar.
Claims (7)
1. Längen- oder Winkelmeßgerät mit einer Maßverkörperung (2), der eine
Abtasteinheit (8) gegenüberliegt, mit einer Justiervorrichtung (3), beste
hend aus einem Sockel (4) und einer die Abtasteinheit (8) tragenden
Halterung (6), dadurch gekennzeichnet, daß diese Justiervorrichtung
eine Differentialschraube (16) mit zwei Gewinden (11.1, 14.1) verschie
dener Steigung enthält, die mit ihrem ersten Gewinde (11.1) mit der
Halterung (6) verschraubt ist und die mit ihrem zweiten Gewinde (14.1)
mit dem Sockel (4) verschraubt ist.
2. Längen- oder Winkelmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Justiervorrichtung (3) ein Biegegelenk (5) aufweist, über das
der Sockel (4) und die Halterung (6) gegeneinander verdrehbar sind.
3. Längen- oder Winkelmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Sockel (4), das Biegegelenk (5) und die Halterung (6) aus
einem Stück gefertigt sind.
4. Längen- oder Winkelmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß das Biegegelenk (5) und der gemeinsame Schwerpunkt SP von
Abtasteinheit (8) und Halterung (6) auf einer Achse parallel zur Meß
richtung X liegen.
5. Längen- oder Winkelmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß das Biegegelenk (5) und die Bohrung (13) tragende Arme
(12, 19) durch Rippen (20, 21) versteift sind.
6. Längen- oder Winkelmeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinde (11.1, 14.1) der Diffe
rentialschraube (16) unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
7. Längen- oder Winkelmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Differentialschraube (16) durch die gegenseitige Verkippung
der Bohrungen (10, 13) um das Biegegelenk (5) selbstsichernd geklemmt
wird.
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